Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Kfz-Antriebsstranges

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, der wenigstens eine erste und eine zweite Antriebseinheit aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen

Antriebswunsch eines Fahrers in eine Ansteuerung der Antriebseinheiten zur Abgabe eines jeweiligen Antriebsmomentes umzusetzen.

Stand der Technik

Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge beinhalten herkömmlicherweise einen

Verbrennungsmotor, der vom Fahrer mittels eines Gaspedals betätigt wird. Das Gaspedal ist bspw. mit einer Drosselklappe des Verbrennungsmotors verbunden. Seit einigen Jahren gibt es einen Trend hin zu so genannten Hybrid-Antriebssträngen. Diese weisen neben dem Verbrennungsmotor eine elektrische Maschine auf, die zur Abgabe eines Antriebsmomentes ausgelegt ist. Ein solcher Hybrid-Antriebsstrang kann dazu ausgelegt sein, dass die elektrische Maschine Antriebsmoment zusätzlich zu dem Antriebsmoment des Verbrennungsmotors abgibt, beispielsweise in einem so genannten Boost-Betrieb. Andere Hybrid-Antriebskonzepte (so genannte Vollhybrid-Antriebsstränge) weisen eine elektrische Maschine auf, mittels der das Fahrzeug unabhängig von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Hiermit kann entweder ein rein elektrischer Fahrbetrieb, ein Hybrid-Fahrbetrieb oder ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb eingerichtet werden.

Bei derartigen Hybrid-Antriebssträngen wird ein Antriebswunsch eines Fahrers mittels eines Sensors erfasst (so genanntes E-Gas-Konzept). Ein Signal dieses Sensors, der beispielsweise mit einem gaspedalartigen Betätigungshebel verbunden sein kann, wird dann in Ansteuerungssignale für eine Drosselklappe des Verbrennungsmotors bzw. eine Leistungselektronik für die elektrische Maschine umgesetzt. Bei Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen spielt die funktionale Sicherheit eine große Rolle. Nach ISO 26262 muss ein Antriebsstrang dazu ausgelegt sein, dass

Fahrzeugfunktionen keine nicht tolerierbaren gefährdenden Zustände verursachen. Um dies beispielsweise bei der Software von Steuereinrichtungen für Antriebsstränge zu erreichen, wird die Software bspw. in drei Ebenen unterteilt. Die Ebene 1 beinhaltet die Software zur Steuerung der Antriebseinheit. Die Ebene 2 beinhaltet die Software zur Überwachung der Steuerung der Antriebseinheit. Die Ebene 3 enthält Software, mit der die in Ebene 1 und Ebene 2 verwendete Hardware überwacht wird. Die Ebene 2 überwacht dabei die Ebene 1 , indem die sicherheitsrelevante Funktionalität der Ebene 1 redundant nachgebildet wird und indem die Berechnungsergebnisse der Ebene 1 anhand der eigenen Ergebnisse überprüft werden.

Bei automatisiert betriebenen Antriebssträngen kann es zu einem Ausfall von

Steuergeräten oder Aktoren für die Antriebseinheiten kommen. Bei Auftreten eines solchen Fehlers fällt die zugeordnete Antriebseinheit als Quelle für Antriebsmoment aus. Eine Fail-Safe-Steuerung kann dies gegebenenfalls unterstützen, indem beispielsweise eine Trennkupplung geöffnet wird, wenn das Steuergerät zurückgesetzt wird. In der Praxis bedeutet dies, dass das Fahrzeug beispielsweise ausrollt. Aus dem Dokument DE 10 2008 041 463 A1 ist ein Steuersystem zum Steuern von Antriebsquellen eines Hybrid-Antriebs bekannt, wobei jede Antriebsquelle durch ein Steuergerät steuerbar ist, wobei eines der Steuergeräte im fehlerfreien Betrieb als Master arbeitet. Bei Ausfall dieses Steuergerätes kann das andere Steuergerät die

Masterfunktion übernehmen.

Ferner ist es aus dem Dokument DE 10 2008 042 887 A1 bekannt, in einem Hybrid- Antrieb eine elektrische Maschine als Starter für den Verbrennungsmotor zu verwenden, selbst dann, wenn die elektrische Maschine aufgrund eines Fehlers nicht als

Antriebsquelle genutzt werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges anzugeben, wobei die Verfügbarkeit des Antriebsstranges erhöht werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst, wobei bei Auftreten eines Fehlers, bei dem eine

Antriebseinheit kein oder nur ein unzureichendes Antriebsmoment abgeben kann, die andere Antriebseinheit mittels der Steuereinrichtung so angesteuert wird, dass das fehlende Antriebsmoment zumindest teilweise von der anderen Antriebseinheit abgegeben bzw. kompensiert wird.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch Bereitstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem solchen Antriebsstrang und einer derartigen Steuereinrichtung.

Vorteile der Erfindung

Bei Antriebssträngen, die wenigstens zwei Antriebseinheiten aufweisen, die jeweils zur Abgabe eines Antriebsmomentes ausgelegt sind, kann ein Fehler im Bereich einer Antriebseinheit durch eine entsprechende Ansteuerung der anderen Antriebseinheit kompensiert werden.

Hierdurch kann die Verfügbarkeit des Antriebsstranges erhöht werden. Generell kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren folglich eine Art Notbetrieb eingerichtet werden. In einem solchen Notbetrieb kann der Fahrer des Kraftfahrzeuges bei Auftreten eines Fehlers im Bereich der einen Antriebseinheit mittels der anderen Antriebseinheit weiterfahren, beispielsweise zum Zwecke eines Werkstattbesuches. Die höhere Verfügbarkeit kann jedoch auch zum Vermeiden von Gefährdungssituationen verwendet werden.

Wenn beispielsweise während eines Überholvorganges die gerade verwendete

Antriebseinheit ausfällt, kann der auf diese Weise schlagartig eintretende Verlust an Zugkraft dazu führen, dass der Überholvorgang nicht rechtzeitig beendet werden kann. Dies kann zu Unfällen führen.

Durch die vorliegende Erfindung kann erreicht werden, dass die zum Überholen fehlende Antriebsleistung sofort von der anderen Antriebseinheit bereitgestellt wird, so dass eine solche Gefährdungssituation vermieden werden kann. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Hybrid-Antriebsstränge anwendbar. Hier kann eine elektrische Maschine einen Ausfall des Verbrennungsmotors zumindest teilweise kompensieren, und umgekehrt. Dabei können der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine ihr Antriebsmoment an der gleichen Achse des Kraftfahrzeuges abgeben. Alternativ kann auch ein Antriebsstrangkonzept implementiert werden, bei dem der Verbrennungsmotor eine Achse und die elektrische Maschine eine andere Achse des Kraftfahrzeuges ansteuert.

Ferner ist die vorliegende Erfindung auch auf solche Antriebsstränge anwendbar, bei denen die zwei Antriebseinheiten von einem identischen Typ sind. Bei reinen

Elektrofahrzeugen können die Räder einer Achse beispielsweise von zwei

unterschiedlichen elektrischen Maschinen angesteuert werden. Bei Ausfall der einen Maschine kann die fehlende Zugkraft durch Antrieb der anderen elektrischen Maschine ausgeglichen werden.

Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß verhindert werden, dass im Falle eines Defektes oder einer Unplausibilität (beispielsweise im Fahrerwunschsensor, in der Steuereinrichtung, in der Elektronik eines Aktors, etc.) der Antriebsstrang in den Zustand "Moror aus" = "Antrieb aus" geschaltet werden muss.

Gefährliche Situationen können auf diese Weise möglicherweise verhindert werden.

Die Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn der Antriebswunsch des Fahrers über einen Fahrerwunschsensor erfasst wird und wenn ein Signal des Fahrerwunschsensors über wenigstens drei Kanäle an die Steuereinrichtung übermittelt wird.

Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass Einzelfehler des

Fahrerwunschsensors in der Steuerrichtung erkannt werden, wobei jedoch aus den

Signalen der anderen zwei Kanäle der korrekte Antriebswunsch des Fahrers abgeleitet werden kann.

Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die kompensierende Antriebseinheit einen gar nicht vorhandenen oder falschen Antriebswunsch des Fahrers umsetzt, was zu einem unkontrollierten Verhalten des Kraftfahrzeuges führen könnte. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinrichtung für jede Antriebseinheit wenigstens ein Steuergerät auf, wobei wenigstens ein Steuergerät ein anderes Steuergerät auf dessen Funktionszustand hin überwacht.

Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass jedes Steuergerät den Zustand des anderen Steuergerätes kennt und damit auch den aktuell von dem jeweiligen Steuergerät angeforderten und umgesetzten Antriebswunsch des Fahrers. Falls ein Steuergerät ausfallen sollte, kann das andere Steuergerät aus der Kenntnis des Funktionszustandes das möglicherweise fehlende Antriebsmoment möglichst zeitverzögerungsfrei von seiner zugeordneten Antriebseinheit anfordern.

Generell ist es bevorzugt, wenn der Steuereinrichtung eine Überwachungseinrichtung zugeordnet ist, die den Funktionszustand der Steuereinrichtung im Betrieb kontinuierlich überwacht.

Die Überwachungseinrichtung kann beispielsweise ein Watchdog-Gerät sein, in dem der Status der Steuereinrichtung nachgebildet wird. Durch eine Frage- Antwort- Kommunikation kann dann zu jedem Zeitpunkt festgestellt werden, ob die

Steuereinrichtung korrekt arbeitet. Diese Überwachung kann nach dem eingangs genannten Drei-Ebenen-Sicherheitskonzept erfolgen.

Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Steuereinrichtung für jede

Antriebseinheit wenigstens ein Steuergerät aufweist und wenn wenigstens einem der Steuergeräte eine Überwachungseinrichtung zugeordnet ist, die den Funktionszustand des Steuergerätes im Betrieb kontinuierlich überwacht, wobei die

Überwachungseinrichtung zumindest das Auftreten eines Fehlers an das andere

Steuergerät übermittelt. Bei dieser Ausführungsform kann die Überwachungseinrichtung nicht nur das ihr zugeordnete Steuergerät überwachen. Vielmehr kann dem anderen Steuergerät auch zumindest mitgeteilt werden, wenn in dem einen Steuergerät ein Fehler aufgetreten ist. Vorzugsweise kann über die Überwachungseinrichtung auch der Funktionszustand an das andere Steuergerät übermittelt werden. Hierdurch kann das andere Steuergerät unmittelbar und schnell reagieren, wenn in dem einen Steuergerät ein Fehler auftritt.

Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn das andere Steuergerät mit der

Antriebseinheit des einen Steuergerätes verbunden ist und diese deaktiviert, wenn das Auftreten eines Fehlers von der Überwachungseinrichtung an das andere Steuergerät übermittelt worden ist.

Generell kann das eine Steuergerät, bei dem der Fehler aufgetreten ist, bereits durch die zugeordnete Überwachungseinrichtung deaktiviert werden, beispielsweise zurückgesetzt werden (reset). Durch die vorliegende Ausgestaltung ist es jedoch auch möglich, die Deaktivierung über das "übernehmende" Steuergerät durchzuführen bzw. die

Deaktivierung zu bestätigen. Insgesamt ist es ferner bevorzugt, wenn die Antriebseinheiten jeweils wenigstens einen Aktor aufweisen, der von der Steuereinrichtung angesteuert wird, wobei der Aktor über einen Diagnosekanal mit der Steuereinrichtung verbunden ist und wobei die

Steuereinrichtung über den Diagnosekanal einen Fehler des Aktors feststellen kann. Hierdurch ist es möglich, den Aktor in einen definierten Zustand zu bringen,

gegebenenfalls über eine der Steuereinrichtung zugeordnete Überwachungseinrichtung.

Generell ist es bevorzugt, wenn der Diagnosekanal mit einem der Antriebseinheit zugeordneten Steuergerät verbunden ist, das dieser Antriebseinheit zugeordnet ist.

Der Aktor des noch funktionierenden, anderen Steuergerätes kann dabei so angesteuert werden, dass der Funktionsverlust des ausgefallenen Aktors zumindest teilweise kompensiert wird. Insgesamt wird erreicht, dass Einzelfehler an beliebiger Stelle innerhalb des

Antriebsstranges nicht zu einem Totalverlust der Antriebsfunktion führen müssen. Das Bereitstellen eines Antriebsmomentes kann erhalten bleiben, und einer potentiellen Gefährdung wird auf diese Weise entgegengewirkt. Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung folgende Varianten realisiert werden. So können anstelle eines Fahrerwunschsensors mit drei Kanälen auch zwei oder mehr zweikanalige Fahrerwunschsensoren verwendet werden. Auf diese Weise kann auf kostengünstige zweikanalige Komponenten zugegriffen werden.

Anstelle eines Aufbaus der Steuereinrichtung, bei der jeder Antriebseinheit ein

Steuergerät zugeordnet ist, sind auch Realisierungen mit beispielsweise drei

Logikeinheiten oder mehr denkbar, die in einer gemeinsamen Steuereinrichtung angeordnet sind. Diese drei Logikeinheiten können sich dann beispielsweise mittels drei Frage-Antwort-Kommunikationen gegenseitig diagnostizieren und gegebenenfalls als defekt erkannte Komponenten abschalten.

Beim Rücklesen der Aktorzustände über den Diagnosekanal in die Steuergeräte bzw. Logikeinheiten sind auch "Über-Kreuz-Konfigurationen" denkbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges, der erfindungsgemäß ansteuerbar ist; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung für einen Antriebsstrang der in Fig. 1 gezeigten Art.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise ein Personenkraftwagen schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen

Antriebsstrang 12 mit einer ersten Antriebseinheit 14 (beispielsweise in Form eines Verbrennungsmotors) und einer zweiten Antriebseinheit 16 (beispielsweise in Form einer elektrischen Maschine) auf. Die erste Antriebseinheit 14 ist dazu ausgelegt, ein

Antriebsmoment 18 zu erzeugen, das auf ein Achsgetriebe 22 des Kraftfahrzeuges 10 übertragen werden kann (beispielsweise über eine Trennkupplung und ein Getriebe, die vorliegend nicht dargestellt sind). Das Antriebsmoment wird dann von dem Achsgetriebe 22 auf angetriebene Räder 24L, 24R der angetriebenen Achse verteilt.

In entsprechender Weise ist die zweite Antriebseinheit 16 dazu ausgelegt, ein

Antriebsmoment 20 abzugeben, das parallel oder seriell zu dem Ausgleichsgetriebe 22 übertragen werden kann.

Zur Ansteuerung des Antriebsstranges ist eine Steuereinrichtung 30 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 30 ist mit einem Fahrerwunschsensor 32 verbunden, der Bewegungen eines in dem Fahrzeug installierten Gaspedals 34 erfasst. Ein Niederdrücken des Gaspedals 34 entsprechend einem Antriebswunsch eines Fahrers ist in Fig. 1 bei 35 dargestellt.

Der Fahrerwunschsensor 32 ist vorzugsweise dreikanalig ausgebildet und folglich über eine Drei-Kanal-Verbindung 36 mit der Steuereinrichtung 30 verbunden.

Die Steuereinrichtung 30 ist mit einem schematisch angedeuteten ersten Aktor 38 zur Betätigung der ersten Antriebseinheit 14 verbunden. Ferner ist die Steuereinrichtung 30 mit einem zweiten Aktor 40 zur Betätigung der zweiten Antriebseinheit 16 verbunden. Der erste Aktor 38 kann beispielsweise ein Stellglied für eine Drosselklappe sein. Der zweite Aktor 40 kann beispielsweise eine Leistungselektronik für eine elektrische Maschine sein.

Bei Auftreten eines Fehlers, bei dem eine der Antriebseinheiten (beispielsweise 14) kein oder nur ein unzureichendes Antriebsmoment abgeben kann, steuert die

Steuereinrichtung 30 die andere Antriebseinheit (beispielsweise 16) so an, dass das fehlende Antriebsmoment zumindest teilweise von der anderen Antriebseinheit (z.B. 16) abgegeben wird.

Wenn der Antriebsstrang beispielsweise als Hybrid-Antriebsstrang ausgebildet ist, kann beispielsweise ausgehend von einem rein verbrennungsmotorischen Antrieb bei Ausfall des Verbrennungsmotors die elektrische Maschine mittels der Steuereinrichtung zugeschaltet werden, um das fehlende Antriebsmoment zumindest teilweise zu kompensieren.

In Fig. 2 ist eine bevorzugter Ausgestaltung eines Antriebsstranges 12 dargestellt. Der Antriebsstrang 12 entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem

Antriebsstrang 12 der Fig. 1. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.

Bei dieser Ausführungsform weist die Steuereinrichtung 30 eine erste CPU 42A und eine zweite CPU 42B auf. Die erste CPU 42A ist der ersten Antriebseinheit 14 zugeordnet. Die zweite CPU 42B ist der zweiten Antriebseinheit 16 zugeordnet. Die CPUs 42A, 42B stehen über eine bidirektionale Kommunikation 43 miteinander in Verbindung. Über die bidirektionale Verbindung 43 kann beispielsweise der Wunsch 35 eines Fahrers in eine geeignete Ansteuerung der ersten Antriebseinheit 14 und/oder der zweiten Antriebseinheit 16 umgesetzt werden, um einen rein verbrennungsmotorischen Antrieb, einen rein elektrischen Antrieb oder einen Hybrid-Antrieb einzurichten.

Die erste CPU 42A bildet ein erstes Steuergerät und ist über eine erste Ansteuerleitung 44 mit der ersten Antriebseinheit 14 (genauer dessen Aktor 38) verbunden. In

entsprechender Weise ist die zweite CPU 42B, die ein zweites Steuergerät bildet, über eine zweite Ansteuerleitung 46 mit der zweiten Antriebseinheit 16, genauer deren Aktor 40, verbunden.

Der ersten CPU 42A ist eine erste Überwachungseinrichtung 48 in Form eines Watchdog- Gerätes (oder -Softwaremoduls) zugeordnet. Der zweiten CPU 42B ist eine zweite

Überwachungseinrichtung 50 in Form eines Watchdog-Gerätes zugeordnet. Die CPUs 42A, 42B stehen mit ihren Überwachungseinrichtungen 48, 50 jeweils über bidirektionale Kommunikationsschnittstellen 52, 54 in Verbindung. Über die Schnittstellen 52, 54 wird der Funktionszustand der jeweiligen CPUs 42A, 42B überwacht, beispielsweise nach der Art einer Frage-Antwort-Kommunikation.

Die Überwachungseinrichtungen 48, 50 sind mit den zugeordneten Antriebseinheiten 14, 16 jeweils über eine Freigabeleitung 56 bzw. 58 verbunden. Über diese Freigabeleitung ("enable") kann die jeweilige Antriebseinheit 14, 16 sofort außer Betrieb gesetzt werden, wenn die jeweilige Überwachungseinrichtung 48, 50 feststellt, dass in der zugeordneten CPU 42A, 42B ein Fehler vorliegt. Die CPUs 42A, 42B sind mit den Antriebseinheiten 14, 16 ferner über jeweilige

Diagnoseleitungen 64, 66 verbunden. Tritt ein Fehler in einem Aktor der ersten bzw. der zweiten Antriebseinheit 14, 16 auf, so kann dieser in der zugeordneten CPU 42A, 42B über die Diagnoseleitung 64, 66 festgestellt werden. Sofern in dem Aktor ein Fehler aufgetreten ist, kann dieser in einen definierten Zustand gebracht werden, notfalls über die zugeordnete Überwachungseinrichtung.

Die erste Überwachungseinrichtung 48 ist ferner über eine erste Übermittlungsleitung 60 mit der zweiten CPU 42B verbunden. In entsprechender Weise ist die zweite

Überwachungseinrichtung 48 über eine zweite Übermittlungsleitung 62 mit der ersten CPU 42A verbunden.

Durch die Übermittlungsleitungen 60, 62 kann der jeweilige Funktionszustand der CPUs 42A, 42B in der jeweiligen anderen CPU festgestellt werden. Sofern eine

Überwachungseinrichtung (z.B. 48) feststellt, dass die zugeordnete CPU (z.B. 42A) einen Fehler aufweist, kann die andere CPU (z.B. 42B) über die jeweilige Übermittlungsleitung (z.B. 60) dazu gebracht werden, das fehlende Antriebsmoment über die andere

Antriebseinheit (z.B. 16) zu erzeugen.

Ferner ist die erste CPU 42A über eine erste Deaktivierungsleitung 68 mit der zweiten Antriebseinheit 16 verbunden. In entsprechender Weise ist die zweite CPU 42B mit der ersten Antriebseinheit 14 über eine zweite Deaktivierungsleitung 70 verbunden. Die Deaktivierungsleitungen 68, 70 entsprechen Leitungen, über die der Betrieb der jeweiligen angeschlossenen Antriebseinheit freigegeben ("enable") werden kann bzw. deaktiviert werden kann.

Der Zweck der Deaktivierungsleitungen 68, 70 besteht darin, dass eine CPU die

Antriebseinheit der anderen CPU deaktivieren kann. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn eine CPU (beispielsweise CPU 42B) einen Defekt hat, der zum Ausfall der bidirektionalen Kommunikation 43 führt. In diesem Fall hat die andere CPU (beispielsweise CPU 42A) keine Information über das von der defekten CPU (z.B. 42B) gestellte

Drehmoment, kann aber von einem Defekt der zugeordneten Antriebseinheit (z.B. 16) ausgehen und das von dieser Antriebseinheit 16 geforderte Moment ganz oder teilweise kompensieren. Um zu verhindern, dass die defekte CPU (beispielsweise CPU 42B) das geforderte Antriebsmoment trotzdem stellt, ohne dass die nicht-defekte CPU (z.B. CPU 42A) hiervon Kenntnis hat, wodurch insgesamt ein erhöhtes und damit ungewolltes Moment erzeugt werden könnte, kann die nicht-defekte CPU (z.B. CPU 42A) über die entsprechende Deaktivierungsleitung (im Beispiel Deaktivierungsleitung 68) die der defekten CPU zugeordnete Antriebseinheit (in diesem Beispiel Antriebseinheit 16) deaktivieren.